自噬和凋亡在肌少症中的研究进展

贡 歌，杨 翔，殷 建，张兴虎，张 瑗，万文辉

1中国人民解放军南京总医院干部病房一科，南京 210002 2南京医科大学附属江宁医院骨科，南京 211100

随着老龄化人口的比例不断上升，提高老年人寿命及生活质量成为老年科医生甚至整个社会对老年人医疗保健一个重大挑战。老年人常患有多种老年综合征，其中营养不良、抑郁、跌倒等原因导致失能或部分失能，可严重影响老年人的生活质量。肌少症是一种与年龄相关的骨骼肌质量和功能进行性下降的老年病，发病率较高，目前临床上尚没有确切的预防或治疗药物。自噬与凋亡是目前生命科学领域的研究热点，有研究表明两者在肌少症的发生及发展过程中发挥了重要作用，本文总结了自噬和凋亡在肌少症中的研究进展，以期为其临床研究及治疗提供参考。

肌少症的病因及发病机制

骨骼肌的进行性丢失有多种原因，除了生理学老化之外，其他还包括运动、营养、遗传因素、内分泌因素及炎症等[1]。肌少症病理生理机制较为复杂，目前研究较多的包括线粒体功能障碍、凋亡的过度激活、自噬的调节异常、卫星细胞功能的下降、活性氧产生增加等，信号转导及应激反应途径的改变也可以影响肌少症的发生发展[2]。

肌肉蛋白质合成代谢途径合成骨骼肌蛋白质的主要途径是蛋白激酶B(protein kinase B，Akt)/雷帕霉素(mammalian target of rapamycin，mTOR)信号通路和其下游靶分子，其中，p70核糖体蛋白S6激酶(p70 ribosomal protein S6 kinase，p70S6K)和磷酸化热酸稳定蛋白1(phosphorylated heat-and acid-stable protein，PHAS- 1)/4E结合蛋白1(4E-binding protein 1，4E-BP1)的活化是参与调节骨骼肌纤维大小的关键信号分子，另外通过磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylino-sitol 3-kinase，PI3K)/Akt信号通路激活mTOR可能是肌纤维生长的关键调节剂[3]。影响骨骼肌合成代谢途径的有胰岛素生长因子- 1(insulin-like growth factors- 1，IGF- 1)、支链氨基酸和睾酮，这些因素都可以激活此通路，增加蛋白质合成[4]。

肌肉蛋白质分解代谢途径调控骨骼肌蛋白质分解的主要途径是通过叉形头转录因子O(forkhead box-containing protein O，Fox- O)和核转录因子(nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)激活泛素蛋白酶体通路和溶酶体半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(caspases)[5]。当然，合成及分解代谢途径是互相关联和制约的。这两条代谢途径的调节失衡，将导致肌肉细胞凋亡增加和活性降低、自噬/溶酶体活性增加、线粒体功能降低、在肌肉修复起重要作用的卫星细胞减少[1]。

自噬在肌少症中的研究进展

自噬是通过自噬体将细胞组分(细胞器、细胞质部分和错误折叠的蛋白质)自降解的进化保守过程，降解产物被递送到溶酶体，从而防止细胞代谢废物的积累。在不同的衰老模型中都可以观察到此过程的发生[6- 7]。细胞自噬是在严格调控下发生的，参与促进自噬的蛋白分子有PI3K、mTOR、氨基酸、激素、胰高血糖素等，抑制自噬的有胰岛素、哺乳动物p70核糖体蛋白S6(p70 ribosomal protein S6，p70S6)等。

自噬的适度激活通过多种信号途径介导可能对骨骼肌减少有着显著抑制作用，包括PI3K/AKT通路、肌肉生长抑制素、蛋白酶体和自噬溶酶体途径。自噬对骨骼肌细胞的调节在不同情况下有不同作用。然而，过度和过少的自噬都对骨骼肌有不同程度损伤：过度可激活抑制蛋白质降解，导致肌肉萎缩；过少可导致蛋白质聚集和异常细胞器积累，引起肌纤维变性[8]。肌少症是一种过程，其中骨骼肌纤维逐渐丧失适应变化环境的能力，并且由于蛋白降解过程(包括自噬途径)的整体减少而呈现受损产物的积累，而功能良好的自噬是有机体健康和长寿的根本[9]。Pagano等[10]研究证实了自体衰老小鼠骨骼肌中自噬的激活，且在犬中报道了类似的结果。Russ等[11]则发现，与成年F344/BN大鼠相比，老年大鼠骨骼肌中自噬特异性蛋白微管相关蛋白轻链3(microtubule-associated protein light chain 3，LC3)表达降低。因此，在衰老动物模型中，与衰老相关的自噬的变化仍存在争论。

既往的研究对老年动物骨骼肌中泛素-蛋白酶体系统活性的报道也出现矛盾的结果。Altun等[12]在老年动物的肌肉中发现泛素-蛋白酶体系统的激活，而有一些学者在肌少症中没有观察到此系统的激活[13]。Sato等[14]研究认为自噬的激活在SAMP8小鼠肌少症的发病机制中发挥重要作用。线粒体融合蛋白2(mitofusin 2，Mfn2)是抑制自噬和线粒体质量控制的决定因素，其在肌少症中被抑制，损伤的线粒体积累后可导致肌肉细胞凋亡和活性降低[15]。Carnio 等[6]在关于肌肉衰老及神经肌肉接头的研究中发现，肌肉中自噬的特异性抑制神经肌肉突触功能和肌肉力量可影响小鼠和人的生活质量或寿命。

骨骼肌的再生能力依赖于长寿的肌肉干细胞(或称为卫星细胞)，这些细胞一般处于静息状态，在组织受损的时候激活，生成肌纤维或者进行自我更新。Garcia-Prat 等[16]关于肌肉干细胞的研究显示，自噬是一个决定性的干细胞命运调控者。随着年龄增长，肌肉干细胞数量逐渐减少，功能日益减退。在肌少症中，卫星细胞从静息状态转变为衰老状态，老化的骨骼肌卫星细胞由静息状态转变为衰老状态，卫星细胞活性丢失，无法完成骨骼肌的自我更新。而自噬是肌肉卫星细胞维持活性的关键。

然而自噬介导的蛋白质降解对骨骼肌减少过程的影响仍有争议，这可能与自噬的功能状态或老化过程中骨骼肌自噬和凋亡之间的相对比例高度相关。作为抵抗不同形式应力的保护机制，自噬的基础激活对于细胞稳态是必需的[17]。如先前的讨论，在生理条件下的自噬对于细胞内环境稳定是重要的，适当诱导自噬对于在正常衰老过程中清除“垃圾”是有益的，并且用于减少由功能障碍自噬导致的肌肉减少和其他肌病的潜在策略[18-19]。然而需要指出的是，当自噬活动在病理事件下触发或严重诱导时，该过程可以促进自噬细胞死亡和疾病进展。目前的证据表明，自噬的过度激活也可导致骨骼肌萎缩[20]，这可能是老化相关的骨骼肌损失的因素[9]。自噬是保护还是有害似乎由自噬过程的水平和持续时间决定。虽然自噬过程的适当诱导和正常调节是需要维持骨骼肌质量，但基本分子机制仍在很大程度上未知。

凋亡在肌少症的研究进展

细胞凋亡是有许多基因参与的细胞结束其生命的过程，有着非常复杂的调控机制，Argiles等[21]已经提出凋亡信号传导在肌肉萎缩期间蛋白质降解中具有重要意义。在存在促凋亡因素(例如老化或肌肉负荷)的情况下，骨骼肌细胞可产生抗凋亡因子来抵抗肌肉损失[22-23]。

有研究表明可以通过以下方式来减少大鼠肌肉细胞凋亡，通过终身热量限制可以促进白细胞介素(interleukin，IL)- 15的表达，其中IL- 15是肌肉合成代谢途径中的细胞因子，可以减缓老年大鼠的肌肉消耗和细胞凋亡，作者认为这种效应是通过抑制肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α引发的细胞凋亡，而在自由进食的老年大鼠中观察到TNF-α、caspase- 8 和 caspasea- 3升高[24]。TNF-α信号转导主要通过激活泛素-蛋白酶体途径，促进骨骼肌细胞中蛋白质分解的能力[25]。训练后，大鼠的腓肠肌质量及体质量，Bcl- 2和SIRT1等蛋白表达明显增加。运动训练可以抑制年龄诱导的骨骼肌细胞凋亡，从而防止衰老大鼠的肌肉减少[26]。有研究证实，褪黑激素在骨骼肌细胞中有抗氧化剂和抗细胞凋亡分子的能力[27]。氧化应激是在骨骼肌及其他组织中引发凋亡性细胞死亡的主要参与者之一，褪黑激素提供对抗氧化应激的保护，这归功于其可直接作为自由基清除剂起作用的能力。另外在C2C12小鼠骨骼肌细胞中，在氧化应激期间凋亡途径上游的p53、JNK等被激活，而睾酮治疗后减少p53磷酸化，抑制细胞凋亡，保护氧化应激下的骨骼肌细胞[28]。目前已有研究表明，有些降压药[血管紧张素转化酶抑制剂(angiotension-converting enzyme inhibitors，ACEI)、血管紧张素受体阻断剂(angiotensin receptor blocker，ARB)]、降糖药(噻唑烷二酮类、双胍类)、降尿酸药(别嘌醇)、维生素D等药物可能有预防或治疗肌少症的作用[29]，但这些证据并不充分，需要更进一步研究。

小 结

肌少症的病因及发病机制非常复杂，其中自噬和凋亡在肌少症中发挥重要作用。以往研究显示，抑制骨骼肌细胞凋亡具有保护肌肉的作用。而自噬则具有两面性，适当自噬对正常衰老过程中的肌肉组织具有保护作用，过度激活的自噬对肌肉则具有损伤作用。所以如何调控好自噬的强度及在何时调控，在肌少症中具有重要意义。自噬和凋亡都可通过PI3K/Akt信号通路进行调控，二者具有千丝万缕的联系，弄清两者之间的相关影响和作用方式，对临床上寻找预防或治疗肌少症的药物具有重要意义。

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